龙门加工中心广泛适用于汽车、航空航天、船舶等行业中,加大龙门机床的技术和产品的研发,对实现制造装备业的跨跃式发展具有重大的意义。由于龙门加工中心的横梁系统是机床的主要承载系统,横梁系统的静动热态性能对机床的加工精度和机床的切削性能影响非常大。所以,对于横梁系统的设计和性能研究显得尤为重要。本文通过有限元分析和理论计算相结合的方法,旨在研究XH2130龙门加工中心的横梁系统的静动热态特性,验证横梁系统各部件设计和性能参数是否达到设计要求,为横梁系统性能的优化提供了理论参考。主要研究内容如下:(1)横梁系统的静态特性分析。建立龙门加工中心整机和横梁系统的有限元模型,在受力分析时充分考虑到平衡油缸对其关键部件的影响。在多种工况下,采用ANSYS Workbench的Scripting功能进行多模型计算,得到静态特性分析结果。并与没有加载平衡油缸的分析结果对比可知,载入平衡油缸能够有效的减少横梁系统的总变形量,为横梁系统的结构优化提供理论依据。(2)横梁系统模态分析和谐响应分析。基于模态分析理论概述为基础,得到振动方程。通过模态分析得到六阶振型和固有频率,将固有频率理论计算结果和有限元分析结果对比发现非常接近,验证有限元模型建立和模态分析的正确性。在模态分析的基础上,对横梁进行谐响应分析,考虑系统阻尼对横梁系统的动态性能的影响,并提出系统谐响应改进的措施。最后,对横梁系统中的滚珠丝杠进行模态分析,得到六阶振型和各阶临界转速,可知在有效范围内滚珠丝杠不会发生共振。(3)横梁系统中滚珠丝杠热态特性分析。通过有限元建模分析得到滚珠丝杠系统的稳态温度场。然后,施加热载荷,并对滚珠丝杠系统进行热—结构耦合分析,得到滚珠丝杠系统的总热变形和X、Y、Z三个方向上的热变形情况。最后,分析影响滚珠丝杠系统热变形的主要因素,并提出改善滚珠丝杠系统热态特性的有效措施,为提高机床的加工精度提供了依据。(4)横梁系统中导轨变形分析。对横梁上下导轨的变形情况进行分析,绘制出导轨的变形曲线和补偿曲线,并通过数值分析得到拟合补偿曲线方程;然后,仿真导轨在实际工况下的稳态温度场和瞬态温度场以及热结构耦合分析,获得导轨热变形情况。同时,与静态载荷作用下的变形对比,分析导轨热态特性对静态特性的影响。最后,仿真分析影响导轨热变形的主要因素,并提出减少导轨变形的有效措施。